大宝船的船型与深舱深

大宝船的船型与深舱深

至于郑和宝的大小，历史记载说它们很大长，宽，不超过一吨。但众所周知,以船的尺寸说船的大小是古代的表示法,以船的吨位来说船的大小才是现代的表示法,才能清晰地、准确地、动态地、科学地表明舶舶的大小。且吨位与尺寸有一定的正相关关系,有一定量的吨位,就必有一定量的尺寸,有一定量的尺寸也必有一定量的吨位,这是由数学力学原理决定的。本文拟从考古文物实验入手探讨郑和宝船的吨位,并与一些传统的说法商榷。一、大型远洋船的能力由于(中国)古人还没有吨位的概念,有关史籍只记载了宝船的尺寸,所以第一步的工作是要补充完善调整宝船的尺寸。《明史·郑和传》说:“造大舶,修四十丈,广十八丈者六十二”。上述数字均被文献派学者认可肯定并从各个角度论证过。现将市制长度换算为公制长度。1丈=3米,则宝船长132米,宽54米。明尺比今尺稍小。据《中国历史大辞典》下卷附录五《中国历代度量衡演变表》,明代一尺合今31.8厘米。而今尺为33.333厘米。这里的明尺指营造尺,明朱载《律学新说》所绘木工曲尺即营造尺。又据吴承洛《中国度量衡史》中的《中国历代法定尺之长度标准变迁图》,1明尺合今0.933市尺。这样132米×0.933=123.156米,54米×0.933=50.382米。于是,据文献记载可知郑和宝船的最大长度为123米,宽度约为50.3米。文献无载宝船的型深或曰船高,或曰舱深,即船舶中部主甲板到船底龙骨的深度。我们只好据古今中外木帆船的一般规律和造船“法式”设想推测计算,即有一定量的船长船宽就有一定量的船深。船特别是木帆船的型深为船宽的2/3到1/2之间。我们就设船深为船宽的一半,不可能再浅了,第一,再浅就像筏子或筏船,而不像船了,那样的话其航向稳定性会很差,难以在风力驱动下正常航行。第二,大型远洋船都要求做得较深较宽,以求在同等载重量的情况下,减小船体表面面积,省料省工,提高强度。第三,郑和宝船是用于远洋航行的,不比在运河和近海航行的漕船及内河船,不要求舱浅吃水浅,也不会那样。第四,从适于航行、便于建造,提高强度、扩大载重、增多舱容等因素综合考虑,与其造得再浅一些还不如造得短一些、窄一些。第五,再浅也与所说的“体势巍然,巨无与敌”,“船型制圆短”不合。第六,传统的木质海船其舱深不会小于船宽的一半。例如,北宋宣和六年(1124年)徐兢出使高丽的船,“其长十余丈,深三丈,阔二丈五尺”。泉州南宋末年的沉船残船经复原后,其型深约为船宽的3/5。明中叶陈侃于1534年出使琉球的船:“长一十五丈,阔二丈六尺,深一丈三尺”。明末杜三策于1633年出使琉球的船:长20丈,宽6丈,舱深5丈。清初海宝于1683年出使琉球的船:长10丈,宽2丈8尺,深1丈5尺。有学者甚至认为,宝船的型深当为船宽的83%。所以型深是问题的关键之一。这样,宝船的型深为50.382米×1/2=25.16米。在计算型深时不考虑主甲板以上的建筑(造船术语亦称上层建筑),即船楼。船楼在古代的游船和今天的客轮和军舰上都很明显。郑和大宝船的上层建筑据其长宽深大概也有十几米高。所以,大宝船的总容积或总体积约为50米×25米×123米=153,750立方米。根据阿基米德浮力定律,漂浮或浸入水中的物体(但不下沉)的重量,等于它所排开的同体积的水的重量。水的比重为1(lg/cm3),海水的比重为1.025(因含盐),可忽略不计盐分,仍为1。所以,当把这么大的船装满重物,让它平稳地缓慢地沉入水中(但不沉底);或者说,当把这么大的物体制成潜水艇,或潜水艇的体积有那么大,那么它的水下总排水量约为15.4万吨。郑和宝船当然不可能是长方体的或四棱长方柱体的。其水下总排水量也显然远没有15.4万吨。现在就切入了排水量,吨位。船舶的吨位就指其排水量。简言之,船舶在水面以下的体积乘以水的比重就等于船舶的排水量/吨位。其中最重要的指标有两条,一是空船排水量,二是满载排水量。前者指空船的重量,包括船舶本身和一应俱全的航行设备,驾船者等,但不包括压载(舱)物、配置的武器装备、载运的货物、人员、淡水(现代还包括燃料)等,直到最大限度为止。其次还有有载排水量和多载排水量两条。前者指载了一些货物人员;后者指扔掉压载物或压舱物(一般是石头、沙土),腾出载重量和舱容,多载了一些人和物,达到满载排水量的吃水线。按常规,船舶最大载重时,吃水可达型深(船深)或船帮的3/4,干舷1/4。(图一,1)这样,郑和宝船的满载排水量就应为15.4万吨减去15.4万吨的1/4即3.8万吨,那么可达11.6万吨。空载时(不含压载物)船的吃水为型深的1/3(见图一),故大宝船的空载排水量约为5.1万吨。郑和宝船显然没那么大,所以必须做许多修正缩减。根据明代《郑和航海图》上的插图和明代《天妃经》卷首上的插图(图二、三),结合现存的清代石舫形制,包括北京颐和园昆明湖上的石舫,北京大学未明湖上的石舫,南京国民党国民政府总统府园内的清乾隆时石舫,并参考现在还在使用的各种帆船,在博物馆中陈列的各种出土古船,我们可大致推测出郑和宝船的形制,并在此基础上削减其吨位。第一步缩减:船舶一般是上宽下窄。(图一,2)这样满载排水量就应是11.6万吨减去11.6万吨的1/5即2.3万吨,还有9.3万吨。第二步削减:船舶主甲板表面也不会是标准的长方形,一般会两头窄一些。(图一,4)这样就应减去9.3万吨的1/7约1.3万吨,还剩8万吨。第三步削减:船的侧面或船的纵剖面的两头也不会是方的,而一般应是上略长下略短,斜的。(见图一)这样就应减去8万吨的1/5约1.6万吨,还剩6.4万吨。第四步缩减:船舷也可能不是水平的(从侧面看),有一些弧度。或者换句话说,船深(型深)也可能是不一致的,船前船中船后各部分有一点变化。于是可以再减去6.4万吨的1/7约0.9万吨,还剩5.5万吨。这样,郑和大宝船的满载排水量可达5.5万吨。木帆船的空载排水量一般为满载排水量的2/5(不含压载(舱)物)。所以郑和宝船的空载排水量也达2.2万吨,最大载重量可达3.3万吨(含压载(舱)物)。有学者认为,大木帆船的排水量与载重量之比应为8:5,(最大)载重量应为(满载)排水量的62.5%。用这个法式算出的载重量为3.4万吨,与我推算的载重量基本吻合。我的放样、下线、设计、量算、推测可能有不准确的地方、粗疏的地方。就算有20%的误差,且都是算大了。即使那样,按史籍记载的宝船尺度,郑和宝船的吨位至少也得有:满载排水量约4.4万吨,空载排水量约1.8万吨(不含压载物),最大载重量2.6万吨(含压载物)。由以上的论述我们可以进一步总结大帆船的一个结构规律和造船法式。从船体来看,宝船满载吃水线以下的体积为5.5万立方米。倘再加上前面最先减去的从满载吃水线到主甲板的3万立方米,则主甲板以下的总体积为8.5万立方米。这样,宝船满载时的水下部分其体积约为(从主甲板起)主甲板以下的总体积的55%(8.5÷15.4×100%=55.19%)。若满载排水量的下限定为4.4万吨,则宝船满载时其水下总体积约为主甲板以下的总体积的28.57%(4.4÷15.4×100%=28.57%)。由此可知,木帆船满载时,其吃水线以下的体积应为相当于该船长、宽(皆主甲板)、深———高(型深、船腹高度)的长方体体积的30～55%;或者说,木帆船的满的满载排水量应为相当于该船长宽高的长方体其水下排水量的30～55%。二、首次下美国船量最多的航道据《瀛涯胜览》卷首、《三宝征彝集》卷首、《客座赘语》卷一等书记载,郑和下西洋“通计官校、旗手、勇士、士民、买办、书手共二万七千八百七十余员名。宝船共六十三号,大船长四十四丈四尺,阔一十八丈;中船长三十七丈,阔一十五丈”。大宝船、中宝船各有多少阙载,只好按概率说它们各占一半,各有31艘。郑和首次下西洋是用船最多的远航之一。史称“太宗文皇帝命太监郑和等统领官兵二万七千有奇,海船二百(零)八艘,赏赐东南诸番,以通西洋……”。《崇明县志》也说:“明永乐三年,太监郑和下西洋,海船二百(零)八艘集崇明”。永乐五年(1407年)九月,成祖又“命都指挥汪浩改、造海船二百四十九艘,备使西洋诸国”。可知郑和七下西洋多次都达到了两百余艘船的规模,我们就以首次为例。首下西洋的208艘船中有“巨舶百余艘”。这样,除了大宝船、中宝船六十二三艘外,还应有巨舶四十余艘。据明代罗懋登描写,郑和船队中第三大的船为粮船,长二十八丈,宽十二丈;第四大的船为座船,长二十四丈,宽九丈四尺;罗懋登提到的最后一种船为战船,长十八丈,宽六丈八尺假设粮船座船也算得上“巨舶”,则至少有40艘,才能够《天妃之神灵应记》所说的“巨舶百余艘”之数。粮船、座船我们也设它们各有20艘。剩下的战船则也应有上百艘。下西洋的总船数和总人数已得到学术界的公认。这样,郑和下西洋船队的总吨位(满载排水量)多达约200万吨。三、木国内的不同性质对中国的意义我们本可以从当时的生产力———科技水平和综合国力是否造得出来,要完成所执行的任务达到下西洋的各种目的需不需要,那么大的木帆船是否适合胜任远洋航行,古今中外都没有过那么大的木帆船等来予以质疑和否定。限于篇幅和刊物的性质,下面只从考古文物和实验试验的角度进行辨析和论证。宝船的庞大虽有许多古籍的明确记载,但迄今无出土发现的文物能予以证明。四、正面肯定的典型郑和宝船有史籍所载的那么大没有模拟实验和航海试验的成功例子予以支持。大家知道,研究历史一般是不能模拟实验的。例如我们不能建一个奴隶社会实验社区来研究奴隶社会;未来社会研究也是不能模拟实验的,例如我们也不能建一个共产主义实验社区来研究共产主义社会。历史上,空想社会主义思想家创建的超越现实的共产主义新村也很快(三年)以失败瓦解而告终,例如欧文于19世纪20年代在美国印第安纳州创办的实验社区“新和谐村”便是如此遭遇。但是科学技术史和考古文物的研究则可以用模拟实验来予以佐证、实证。比如中国古代的四大发明造纸术、印刷术、火药、指南针,我们今天完全可以按《后汉书·蔡伦传》对造纸的记载,《武经总要·守城》对火药的记载,《梦溪笔谈·技艺》对活字印刷术的记载,《梦溪笔谈·杂志》对指南针的记载,模拟实验,造出纸、火药、指南针来、印出书来。甚至还有上述发明的活化石残存在世间。例如,个别地方就还有人工手工造纸作坊的存在。这些在印刷史专家张秀民先生和造纸史专家潘吉星先生的系列著中有许多记述。又如印刷术主要分雕版印刷和后起的活字印刷两类。前者在今天四川甘孜藏族自治州的德格印经院还很有规模地在应用(印藏传佛教经书);后者据最近的报载,山西一偏僻山村中有一农民还用木活字印刷本姓的家谱、族谱。以上是正面肯定的例证。反面的例证则有:与郑和宝船有关系的古代中国人航渡发现美洲的问题,在国际国内都存在争论。肯定派为了证明此事,也借助于模拟漂流试验。但有史以来从香港、台湾、日本等地区出发的由肯定派学者所做的横渡太平洋漂流美洲试验都无一取得成功,这也是肯定派在史坛不占主流地位的原因之一。话题回到郑和宝船上来。迄今尚不能按史籍所载的尺寸(长123米、宽50米、深25米)复原建造出一艘宝船来,更别说用它来进行远洋航行试验了。20世纪80年代电视台曾上映了一部二十集电视连续剧《郑和》,其中的宝船不过千把吨大,载员一百几十人。我们知道,电影电视是最讲究逼真的。20世纪末的美国好莱坞大片《泰坦尼克号》中的道具泰坦尼克号轮船,便是根据历史上冰海沉船的灾难事件按原船满载排水量4.6万多吨的75%吨位,制造的一艘3.5万吨轮船。文献派学者也许会说,只要拨给足够的钱,就能造出史籍文献所载的那么大的宝船—木帆船来。问题是中国今天的人口是明初中国的26倍(设明初为5000万人口),综合国力也许是明初的260倍,国内生产总值(GDP)也许是明初的2600倍。今天尚拨不出钱来造一艘大宝船,明初又焉能拨出天文数字般的巨款在短时期内(一两年)造出三十余艘巨型宝船,三十余艘大型宝船,四十余艘中型宝船。还有,我认为即使有了足够的钱,也造不出那么巨大的木帆船。别说几万吨的木帆船,就是一万多吨的也造不出来。勉强造出来了也不能出海航行,因为难以解决升帆、转舵、掉头、系泊、进出港、无风时怎样前进等难题。更因为一遇风浪,一颠簸便必然渗漏、破损、散架、翻沉、断裂等。如同担扁担挑东西,扁担越长,挑的东西越重,一晃悠便很容易折断。而把重物向肩膀靠拢,扁担变短,弯曲程度缩小,扁担就不容易折断。可见这是由材料力学流体力学等力学原理决定的。所以,估计郑和下西洋最大的船不过四千吨(31艘),较大的船两千吨(31艘),中等的千把吨(40艘),小的几百吨(106艘),总吨位二三十万吨而已。当然,这只是估计,没准还小不少。至于为什么这么多古籍都记载确凿之事却经不起验证呢?我想除了我在前面推测的那些原因之外,还可能是因为有的古代文人缺乏科技知识,又脱离生产实践,还爱吹牛夸大所致。这样的事例在历史上并不鲜见。例如武王伐纣,出动五万兵马,《史记·周本纪》等史书都记载纣王出动七十万大军御敌。但方家一般认为不可能有七十万,只可能是十七万之误!再如,西方学者据西方史料说达·伽马1498年首航印度的纯利润是远航成本的60倍,此论在中国广泛流传,众口一词。但我考证出纯利润只有远航成本的6倍,甚至更少。总之,郑和宝船的大小(吨位、尺寸)在没有确凿的出土文物予以证实以前,在没有用造船实验和航海试验的成功予以验证之前,还将研讨下去。不过,当我们把宝船的尺寸换算成船舶的吨位来研究,问题就清楚得多了。判断正误是非也容易得多了。当然,郑和下西洋所用的大宝船远没有史籍所记的那么大,这并不影响郑和等大航海家的历史地位,无损于下西洋事业的伟大。(附识:本人曾就文中第一部分中的一些问题与武汉海军工程大学造船系唐志拔教授切磋,向他请教,特此鸣谢。)(一)有学者说,南京宝船厂遗址出土的大舵杆有11.07米长,是铁证,它足以证明宝船有文献上记载的那么大。乍一听,似觉得有理。因设一个男子高1.7米的话,那也相当于六个半人高了。实际上,有航海常识的人到北京中国历史博物馆明代陈列部去看看,并联系到我们所讨论的问题想想便明了。1.那11米长,一头38厘米见方、一头22厘米见方的舵杆怎么能和123米长、50米宽、25米深的巨船相匹配(图一,3),那也太不相称了。按照木帆船的“法式”、规律,舵杆长一般等同于船宽。所以,那根舵杆只能配约11米宽的船。郑和宝船的长宽比为2.4:1(44÷18=2.4),因此,与那根舵杆相配相称的船大概不过是长26.4米的船(11×2.4=26.4),只相当史籍所说的郑和大宝船的零头。2.舵杆要在船上带舵叶工作控制船的航向,至少得有型深长。这样,甲板上的舵手(们)才能操纵它,它带的舵叶也才能浸入水中拨水调整航向。(见图一,3)郑和大宝船的型深,就算为船宽的一半约25米,11米长的舵杆也根本够不着,还差一大截。3.在宋代我国便发明了升降舵,当船驶入浅水或不需要舵时,可把舵提起来。这样既减小了船体附属物的阻力,又可避免触底碰坏。海船上的升降舵一般可伸到船底之下,这里不受船尾处产生的乱流和漩涡的影响,可以提高舵效,并可减少船的横漂。宋代出使朝鲜的徐兢所乘的客舟便“后有正舵,大小二等,随水浅深更易……”。宋张择端的名画《清明上河图》中的内河船,尾部都表现得很清楚,是一种能升降的平衡舵。升降舵尤其是在逆风航行时极有利于安全和同风帆配合操作。4.据《郑和航海图》上画的下西洋的船(不一定是大宝船,但仍能说明问题见图二),仔细观察便可发现:第一、船是向右方前进的,因左方来风把帆吹得向右方鼓起。第二,左上是驾驶楼(宋应星称为舵楼),舵手就在那里掌舵。舵楼(又称艉楼)大大高于主甲板,且船整个的是前低后高。第三、左下是舵,且舵叶有部分露出水面。第四、舵杆上端还得多出一截,以便装舵柄。明代宋应星说:“舵上所操柄,名曰关门棒。欲船北,则南向捩转,欲船南,则北向转捩”。以上几点说明,舵杆应大大高于或长于型深,才能操纵工作,也才能升降。而11米长的舵杆比25米的型深还差一大截,更不用说比它高了。所以这根舵杆的长度仅为与史籍所载的宝船相配的那种特长大舵杆(估计应为约30米)的37%,它根本证明不了郑和宝船有史籍所说的那么大。5.我们再从舵杆和舵的重量来考虑。舵杆全长11.07米,下大上小,下面约38厘米×39厘米,上面约20厘米×22厘米。这样,舵杆的总体积为:木材的比重为0.3-0.8(g/cm3),水和铁的比重分别为1和7。舵杆的用材是铁力木(ironwood),属很硬很重的一种。就算它为最重的木材之一,也不过0.8克。这样舵杆全重为800×1.063827=851(公斤)。明斤比今市斤略重,合590克1市斤。故851公斤约合1442.4(明)斤。第一,陈侃称舵杆为舵柄。他出使琉球的船比所说的郑和大宝船小得很多很多,但船上所配的“舵柄甚重,约有二千余(明)斤。平时百人举之而不足,是时(遇风暴时)数十人举之而有余”。可知那根舵杆充其量就配陈侃使琉球那么大的船。第二,根据那根舵杆的长度、形制和榫眼,这根舵杆最多配6米长的舵叶。由于是不平衡舵(平衡舵两面有舵叶,不平衡舵则只一面有舵叶。(图四)故舵叶不可能很宽,展弦比应较大。否则舵杆扭矩太大,人力无法操纵,舵杆与舵牙也承受不了那么大负荷。估计舵叶的宽度为舵长的66%约4米。舵叶也不会制作得很厚,因它只起拨水高调向的作用而不承重。故我们先设计它厚5厘米。而且制造舵叶会选用较轻的木材如杉木等。舵叶的框架会厚实一些,用材也会较重较硬一些。大船的舵往往还在舵板上打孔,叫开孔舵,以便转舵时省力。综合以上因素,我们设舵叶厚10厘米,比重为0.3。这样舵叶重6米×4米×0.1米×0.3克=720多公斤,所以全舵(包括舵杆和舵叶)不过重1571公斤。参加了下西洋的巩珍曾说:郑和大宝船的“篷、帆、锚、舵,非二三百人莫能举动”。但这根出土大舵杆包括它配带的舵叶全重才1500多公斤,二三十人便能举动所以,那根大舵杆并不是大宝船的舵杆,它只能配置于四千吨级(满载排水量)的木船上。它根本不是郑和大宝船有史籍所载的那么大的铁证。根据大宝船的尺度,考虑到舵要能升降,便于操纵等因素,与大宝船匹配相称的舵其舵杆当有30米长。(见图一,3,图四)(二)又有学者说,已出土的明代大铁锚足以证明郑和宝船有文献上记载的那么大。我在南京长江边上的狮子山阅江楼展览室仔细观察了那个大铁锚。那不过是一个整高约2米的四爪铁锚,锚爪锚身纤细,重约二三百市斤。从形制上看倒像是明代的古铁锚。(图五)可稍有航海常识的人也一看便明了,那么大的铁锚只能匹配几百吨到四千吨的海船,根本不能匹配几万吨的巨舶,与之太不相称。而且也与巩珍的记载大相径庭。巩珍《西洋番国志·自序》说,郑和船队所用的铁锚,“大者高八尺”,几近一丈,重达数千市斤。“蓬、帆、锚、舵,非二三百人莫能举动”。而那只铁锚,而三个人就能举动。明嘉靖年陈侃出使琉球的船,尺度仅“长一十五丈,阔二丈六尺,深一丈三尺”,但船上配备的“大铁锚四,约重五千斤”。